[发明专利]含噻吡嗪基聚合物及其制备方法和有机太阳能电池器件

说明书

技术领域

本发明涉及有机太阳能电池材料领域，尤其涉及一种含噻吡嗪基聚合物及其制备方法。本发明还涉及一种使用该含噻吡嗪基聚合物作为活化层电子给体材料的有机太阳能电池器件。

背景技术

利用廉价材料制备低成本、高效能的太阳能电池一直是光伏领域的研究热点和难点。目前用于地面的硅晶电池由于生产工艺复杂、成本高，使其应用受到限制。为了降低电池成本，拓展应用范围，长期以来人们一直在寻找新型的太阳能电池材料。有机半导体材料以其原料易得、廉价、制备工艺简单、环境稳定性好、有良好的光伏效应等优点备受关注。自1992年N.S.Sariciftci等在SCIENCE（N.S Sariciftci,L.Smilowitz,A.J.Heeger,et al.Science,1992,258,1474）上报道共轭聚合物与C₆₀之间的光诱导电子转移现象后，人们在聚合物太阳能电池方面投入了大量研究，并取得了飞速的发展，但是仍比无机太阳能电池的转换效率低得多。限制性能提高的主要制约因素有：有机半导体材料的光谱响应与太阳辐射光谱不匹配，有机半导体相对较低的载流子迁移率以及较低的载流子的电极收集效率等。为了使聚合物太阳能电池得到实际的应用，开发新型的材料，进而大幅度提高其能量转换效率仍是这一研究领域的首要任务。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的问题在于提供一种转化效率高的含噻吡嗪基聚合物。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种含噻吡嗪基聚合物，其结构通式如下：

式中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基，n为10-100的整数

本发明实施例的另一目的在于提供一种含噻吡嗪基聚合物的制备方法，包括如下步骤:

分别提供如下结构式表示的化合物A和B，

其中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基；

在无氧环境（优选氩气、氮气中的至少一种气体组成的无氧环境）下，将摩尔比为1:1～1.2的化合物A和B添加入含有催化剂和碱溶液的有机溶剂中溶解后，于70～130℃下进行Suzuki耦合反应12～96小时，降温后停止耦合反应，经分离提纯反应液，得到如下结构通式的所述含噻吡嗪基聚合物：

式中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基，n为10-100的整数。

其中，所述催化剂为所述催化剂为双三苯基膦二氯化钯或四三苯基膦钯；或者

所述催化剂为摩尔比为1:4～8的醋酸钯与三(邻甲基苯基)膦混合物，或者摩尔比为1:4～8的三二氩苄基丙酮二钯与2-双环己基膦-2’,6’-二甲氧基联苯混合物；

所述催化剂与所述化合物A的摩尔比为1:20～1:100。

在优选的实施例中，所述碱溶液选自碳酸钠溶液、碳酸钾溶液及碳酸氢钠溶液中的至少一种；所述碱溶液中，碱溶质与化合物A的摩尔比为20:1。

在优选的实施例中，有机溶剂选自甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的至少一种。

在优选的实施例中，Suzuki耦合反应温度为90～120℃下、反应时间为36～60小时。

在优选的实施例中，分离提纯反应液包括步骤：

反应停止后，向反应液中加入甲醇沉析，通过索氏提取器过滤之后依次用甲醇和正己烷抽提，然后以氯仿为溶剂抽提至无色，收集氯仿溶液并旋干得到粉末，收集后的粉末再在真空下50℃干燥24h后，得到所述含噻吡嗪基聚合物。

本发明还提供一种有机太阳能电池器件，其活化层的电子给体材料采用如下结构式的含噻吡嗪基聚合物：

式中，R₁，R₂均为C₁～C₂₀的烷基，n为10-100的整数。

本发明提供的含噻吡嗪基聚合物中，噻吡嗪是一个重要的电子受体单元，具有带隙较窄及对太阳光有较高的吸收系数和较宽的吸收范围等优点；二茚并吡嗪是一种具有刚性平面结构的杂环化合物，它具有较高的热稳定性和电子迁移率；将含噻吡嗪基共聚物应用于太阳能电池中，可以提高光转化效率。